JP2023512495A - Lithium extraction method - Google Patents

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Abstract

リチウム抽出方法に関するものであって、不純物を含むリン酸リチウムを準備する段階と;前記リン酸リチウム及び不純物を酸(acid)に溶解させる段階と;前記リン酸リチウム及び不純物が酸に溶解された溶解液に添加剤を投入し、リチウム含有溶液を収得する段階と;を含み、前記添加剤は、リン酸陰イオン及び不純物を同時に析出させる物質であり、前記添加剤によって収得されたリチウム含有溶液は塩基性であるリチウム抽出方法を提供することができる。【選択図】図1A lithium extraction method comprising the steps of: preparing lithium phosphate containing impurities; dissolving said lithium phosphate and impurities in acid; said lithium phosphate and impurities dissolved in acid adding an additive to the solution to obtain a lithium-containing solution, wherein the additive is a substance that precipitates phosphate anions and impurities at the same time, and the lithium-containing solution obtained by the additive. can provide a lithium extraction method that is basic. [Selection drawing] Fig. 1

Description

本発明は、リチウム抽出方法に関する。 The present invention relates to lithium extraction methods.

近年、リチウム二次電池は、携帯電話、ノートパソコンなどのIT機器の電源としても多様に活用されているだけでなく、電気自動車の動力源としても注目されており、近い未来には、電気自動車及び新再生エネルギーの電気貯蔵システム(Electricity Storage System)が大きく活性化され、その需要が急増すると予想されている。 In recent years, lithium secondary batteries have been widely used not only as a power source for mobile phones, notebook computers, and other IT devices, but also as a power source for electric vehicles. Electricity storage systems for renewable energy and new renewable energy will be greatly activated, and demand for them is expected to soar.

電気自動車及び電気貯蔵システムの重要部品である正極材、負極材、電解質の原料としてのリチウムは、主に炭酸リチウム(LiCO)の形態で使用される。よって、需要が大きく増加すると予想される電気自動車及び電気貯蔵システムを安価で製造し、市場に円滑に供給するためには、炭酸リチウムを経済的に製造できる技術の開発が必要である。 Lithium is mainly used in the form of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) as a raw material for cathode materials, anode materials, and electrolytes, which are important parts of electric vehicles and electricity storage systems. Therefore, in order to inexpensively manufacture electric vehicles and electric storage systems, for which demand is expected to increase significantly, and to smoothly supply them to the market, it is necessary to develop a technique for economically manufacturing lithium carbonate.

炭酸リチウムは、一般に、リチウムを0.2g/L乃至1.5g/L程度含有している天然の塩水(Brine)を自然に蒸発させ、リチウムを60g/L程度の高濃度に濃縮させた後で炭酸塩を投入し、炭酸リチウム(LiCO)の形態で析出させることによって生産される。しかし、炭酸リチウムの高い溶解度(13g/L)により、リチウムを60g/L程度に濃縮させるためには1年以上の長時間にわたって塩水を蒸発及び濃縮させなければならなく、蒸発及び濃縮過程で多量のリチウムが析出されて損失する。 Lithium carbonate is generally produced after naturally evaporating natural brine containing lithium about 0.2 g/L to 1.5 g/L and concentrating lithium to a high concentration of about 60 g/L. and depositing carbonate in the form of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ). However, due to the high solubility of lithium carbonate (13 g/L), in order to concentrate lithium to about 60 g/L, it is necessary to evaporate and concentrate salt water over a long period of time of one year or more. of lithium is deposited and lost.

このような問題を改善するために、自然蒸発工程を最小化できるリン酸リチウム(LiPO)抽出法が開発された(大韓民国登録特許10-1363342)。リン酸リチウム抽出法を活用してリチウムをリン酸リチウムの形態で抽出するとき、リン酸リチウムの低い溶解度(0.39g/L)特性により、長期間にわたる塩水の蒸発及び濃縮過程を除いたり大きく短縮できるだけでなく、蒸発・濃縮過程で発生するリチウムの損失を抑制し、高い回収率でリチウムを抽出することができる。しかし、上述したように、リン酸リチウムは、リチウム二次電池の原料として使用するために炭酸リチウムに変換しなければならない。 To solve these problems, a lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) extraction method that can minimize the natural evaporation process has been developed (Korea Registered Patent No. 10-1363342). When extracting lithium in the form of lithium phosphate using the lithium phosphate extraction method, the low solubility (0.39 g/L) characteristic of lithium phosphate eliminates the process of evaporation and concentration of salt water over a long period of time. Not only can the time be shortened, but the loss of lithium generated in the evaporation/concentration process can be suppressed, and lithium can be extracted with a high recovery rate. However, as described above, lithium phosphate must be converted to lithium carbonate in order to be used as a raw material for lithium secondary batteries.

近年、高温(90℃以上)のリン酸リチウム-水懸濁液(slurry)にCa(OH)を混合することによってリチウム濃度5g/L以下の低濃度の水酸化リチウム溶液を作り、これを蒸発・濃縮することによってリチウム濃度30g/L以上の高濃度の水酸化リチウム溶液を作った後、二酸化炭素(CO)ガスを投入し、炭酸リチウムを製造する技術が開発された。 In recent years, a low-concentration lithium hydroxide solution with a lithium concentration of 5 g/L or less was prepared by mixing Ca(OH) 2 with a lithium phosphate-water suspension (slurry) at a high temperature (90 ° C. or higher). A technology has been developed in which a high-concentration lithium hydroxide solution having a lithium concentration of 30 g/L or more is prepared by evaporation and concentration, and then carbon dioxide (CO 2 ) gas is introduced to produce lithium carbonate.

しかし、このような方法でリン酸リチウムを炭酸リチウムに変換させるとき、リン酸リチウム懸濁液を高温に加熱した後で長時間にわたって反応させなければならなく、低濃度の水酸化リチウム溶液を蒸発・濃縮させなければならないので、エネルギー費用が増加するという問題がある(大韓民国登録特許10-1405486)。 However, when lithium phosphate is converted to lithium carbonate by this method, the lithium phosphate suspension must be heated to a high temperature and reacted for a long time, and the low-concentration lithium hydroxide solution is evaporated. - Since it must be concentrated, there is a problem of increased energy costs (Korea Registered Patent No. 10-1405486).

また、リン酸リチウムを酸に溶解させ、リチウム濃度が0.05g/L乃至0.16g/Lであるリチウム溶液を製造した後、イオン交換樹脂を用いて2価イオンアルカリ土類金属及びリンを除去し、バイポーラー電気透析を用いて得られた、リチウム濃度が3.5g/L乃至4.5g/Lである水酸化リチウム水溶液を二酸化炭素ガスと反応させることによって炭酸リチウムを製造する方法が開発された。 Also, after dissolving lithium phosphate in acid to produce a lithium solution having a lithium concentration of 0.05 g/L to 0.16 g/L, divalent alkaline earth metal ions and phosphorus are removed using an ion exchange resin. A method for producing lithium carbonate by reacting an aqueous solution of lithium hydroxide having a lithium concentration of 3.5 g/L to 4.5 g/L, which is obtained by removing and using bipolar electrodialysis, with carbon dioxide gas. It has been developed.

しかし、この方法で炭酸リチウムを製造するとき、リチウム溶液のリチウム濃度が過度に低いので、リチウム回収率が低く、高価な大型電気分解設備が必要であるだけでなく、多量の電気を使用することによって製造費用が大きく増加するという問題がある(大韓民国登録特許10-1888181)。 However, when producing lithium carbonate by this method, the lithium concentration in the lithium solution is too low, so the lithium recovery rate is low. However, there is a problem that the manufacturing cost is greatly increased due to this (Korea Registered Patent No. 10-1888181).

一方、リン酸リチウム-金属化合物(鉄、銅、鉛、亜鉛、マンガン、カルシウム、セリウム、イットリウム、又はランタン化合物のうち一つ)混合懸濁液に酸を投入して溶解させた後、水酸化アルカリを投入し、pHを1乃至10に調節することによって金属及びリンが除去された高濃度のリチウム溶液を製造し、これに炭酸塩を添加することによって炭酸リチウムを製造する方法が開発された。しかし、このような方法を用いると、リン酸リチウムと金属化合物の全てを溶解させるために酸の使用量が増加する。また、リン酸リチウムが溶解された酸性溶液中に存在する金属イオンが析出されるように誘導するためにアルカリを投入するとき、反応溶液のpHを1~10に限定することによって重金属イオンが完全に除去されない場合があり、リン酸リチウム-金属化合物混合物を溶解させた後、アルカリの投入によってpHを調節することによって、工程が複雑になり、原料・副原料の使用量が増加し、経済性が低下するという問題がある(日本登録特許JP5632169B2及びJP5528153B2)。 On the other hand, lithium phosphate-metal compound (one of iron, copper, lead, zinc, manganese, calcium, cerium, yttrium, or lanthanum compound) mixed suspension is added with acid and dissolved, then hydroxylated. A method of producing lithium carbonate by adding alkali to prepare a high-concentration lithium solution from which metals and phosphorus have been removed by adjusting the pH to 1 to 10 and adding carbonate to the solution has been developed. . However, using such a method increases the amount of acid used to dissolve all of the lithium phosphate and metal compound. In addition, when adding an alkali to induce the deposition of metal ions present in the acidic solution in which lithium phosphate is dissolved, the pH of the reaction solution is limited to 1 to 10 so that the heavy metal ions can be completely removed. After dissolving the lithium phosphate-metal compound mixture, the pH is adjusted by adding alkali, which complicates the process, increases the amount of raw materials and auxiliary raw materials used, and is economical. decreases (Japanese registered patents JP5632169B2 and JP5528153B2).

上述したように、現在まで開発されたリン酸リチウムを用いた炭酸リチウムの製造方法を用いるとき、低いリチウム回収率、高いエネルギー費用と設備投資費、過多の原料・副原料費用及び工程の複雑性などで経済性が低下するという問題がある。よって、リン酸リチウムを用いて炭酸リチウムを経済的に生産できる技術の開発が切実に要求される。 As described above, when using the lithium carbonate production method using lithium phosphate developed so far, the lithium recovery rate is low, the energy cost and equipment investment cost are high, the raw material and auxiliary raw material costs are excessive, and the process is complicated. Therefore, there is a problem that the economic efficiency is lowered. Therefore, there is an urgent need for development of a technology that can economically produce lithium carbonate using lithium phosphate.

そこで、本発明では、高いリチウム回収率を有するリチウムの抽出方法を提供する。 Therefore, the present invention provides a method for extracting lithium with a high lithium recovery rate.

また、前記方法は、エネルギー使用量、原料・副原料費用及び設備投資費用が少ないだけでなく、工程が単純であり、リン酸リチウムからリチウム化合物を経済的に生産することができる。 In addition, the method requires less energy consumption, raw material/auxiliary raw material costs, and equipment investment costs, and the process is simple, so that a lithium compound can be economically produced from lithium phosphate.

本発明の一具現例では、不純物を含むリン酸リチウムを準備する段階;前記リン酸リチウム及び不純物を酸(acid)に溶解させる段階と;前記リン酸リチウム及び不純物が酸に溶解された溶解液に添加剤を投入し、リチウム含有溶液を収得する段階と;を含み、前記添加剤は、リン酸陰イオン及び不純物を同時に析出させる物質であり、前記添加剤によって収得されたリチウム含有溶液は塩基性であるリチウム抽出方法を提供する。 In one embodiment of the present invention, preparing lithium phosphate containing impurities; dissolving the lithium phosphate and impurities in acid; and dissolving the lithium phosphate and impurities in acid. adding an additive to obtain a lithium-containing solution, wherein the additive is a substance that precipitates phosphate anions and impurities at the same time, and the lithium-containing solution obtained by the additive is a base A method for extracting lithium is provided.

前記不純物は、アルカリ土類金属を含むことができる。 The impurities may include alkaline earth metals.

前記アルカリ土類金属は、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、ラジウム(Ra)又はこれらの組み合わせであってもよい。 The alkaline earth metal may be beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), radium (Ra), or combinations thereof.

前記リン酸リチウム及び不純物が酸に溶解された溶解液内のリチウム濃度は、10g/L乃至35g/Lであってもよい。 The lithium concentration in the solution in which the lithium phosphate and impurities are dissolved in acid may range from 10 g/L to 35 g/L.

前記リン酸リチウム及び不純物を酸(acid)に溶解させる段階において、酸は、塩酸、次亜塩素酸、硝酸、酢酸又はこれらの組み合わせであってもよい。 In the step of dissolving the lithium phosphate and impurities in acid, the acid may be hydrochloric acid, hypochlorous acid, nitric acid, acetic acid, or a combination thereof.

前記リン酸リチウム及び不純物が酸に溶解された溶解液のpHは、-0.1乃至4.5であってもよい。 The pH of the solution obtained by dissolving the lithium phosphate and impurities in acid may range from -0.1 to 4.5.

前記添加剤は、酸化物(oxide)又は水酸化物(hydoxide)であってもよい。 The additive may be an oxide or a hydroxide.

前記添加剤は、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム又はこれらの組み合わせの陽イオンの酸化物又は水酸化物であってもよい。 The additive may be a cationic oxide or hydroxide of beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, radium, or combinations thereof.

より具体的に、前記添加剤は、水酸化カルシウム(Ca(OH))、水酸化マグネシウム(Mg(OH))、又はこれらの組み合わせであってもよい。 More specifically, the additive may be calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ), magnesium hydroxide (Mg(OH) 2 ), or a combination thereof.

これにより、リン酸陰イオン及び不純物が難溶性沈殿物の形態で析出され得る。 Phosphate anions and impurities can thereby be deposited in the form of sparingly soluble precipitates.

前記難溶性沈殿物は、ヒドロキシルアパタイト(Hydroxylapatite、Ca(POOH)、ブルシャイト(Brushite、CaHPO・2HO)、非晶質カルシウム-リン化合物、水酸化カルシウム、ニューベリーアイト(Newberyite、MgHPO・3HO)、マグネシウムフォスフェート(Magnesium phosphate、Mg(PO)非晶質マグネシウム-リン化合物及び水酸化マグネシウム又はこれらの混合物であってもよい。 The poorly soluble precipitates include hydroxylapatite (Ca 5 (PO 4 ) 3 OH), brushite (CaHPO 4 .2H 2 O), amorphous calcium-phosphorus compounds, calcium hydroxide, newberyite ( Newberyite, MgHPO 4 .3H 2 O), Magnesium phosphate (Mg 3 (PO 4 ) 2 ) amorphous magnesium-phosphorus compounds and magnesium hydroxide or mixtures thereof.

前記リン酸リチウム及び不純物が酸に溶解された溶解液に添加剤を投入し、リチウム含有溶液を収得する段階において、収得されたリチウム含有溶液のpHは9以上であってもよい。 In the step of adding an additive to the solution in which the lithium phosphate and impurities are dissolved in acid to obtain the lithium-containing solution, the obtained lithium-containing solution may have a pH of 9 or higher.

前記リン酸リチウム及び不純物が酸に溶解された溶解液に添加剤を投入し、リチウム含有溶液を収得する段階において、収得されたリチウム含有溶液のpHは11以上であってもよい。 In the step of adding an additive to the solution in which the lithium phosphate and impurities are dissolved in acid to obtain the lithium-containing solution, the obtained lithium-containing solution may have a pH of 11 or more.

前記収得されたリチウム含有溶液に炭酸供給物質を投入し、炭酸リチウムを収得することができる。 Lithium carbonate can be obtained by adding a carbonic acid-providing material to the obtained lithium-containing solution.

前記炭酸供給物質は、炭酸ナトリウム(NaCO)、炭酸カリウム(KCO)、炭酸アンモニウム((NHCO)、重炭酸ナトリウム(NaHCO)、重炭酸カリウム(KHCO)又はこれらの組み合わせであってもよい。 The carbonation-providing substances include sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), ammonium carbonate ((NH 4 ) 2 CO 3 ), sodium bicarbonate (NaHCO 3 ), potassium bicarbonate (KHCO 3 ) or a combination thereof.

前記収得された炭酸リチウムを洗浄及び乾燥する段階をさらに含むことができる。 The method may further include washing and drying the obtained lithium carbonate.

本発明の一具現例では、不純物(より具体的には、アルカリ土類金属)が含まれたリン酸リチウムからリチウムを抽出する方法を提供し、高いリチウム回収率と低い原料・副原料、エネルギー及び設備費用でリチウム化合物(例えば、炭酸リチウム)を経済的に製造することができる。 An embodiment of the present invention provides a method for extracting lithium from lithium phosphate containing impurities (more specifically, alkaline earth metals), which provides a high lithium recovery rate and low raw material/auxiliary raw material and energy consumption. and equipment costs, lithium compounds (eg, lithium carbonate) can be produced economically.

図1及び表1は、リチウム濃度10g/Lの高濃度のリチウム溶液を製造するために、マグネシウム含有リン酸リチウム10gと、酸性度が異なる各塩酸水溶液0.1Lとをそれぞれ常温で混合して60分間撹拌した後、ろ過して得られた反応ろ液のpH及びリチウム濃度を示す。表2は、マグネシウムが含有されたリン酸リチウム10gを常温の塩酸水溶液0.1Lに投入することによってpH4.33のマグネシウム含有リン酸リチウム溶解液を製造し、水酸化カルシウムをそれぞれ2.3g乃至23.8g投入した後、2時間にわたって撹拌及びろ過して得られた反応ろ液の化学成分の含量及びpHを示す。FIG. 1 and Table 1 show that 10 g of magnesium-containing lithium phosphate and 0.1 L of each hydrochloric acid aqueous solution with different acidity were mixed at room temperature to produce a high-concentration lithium solution with a lithium concentration of 10 g/L. The pH and lithium concentration of the reaction filtrate obtained by filtration after stirring for 60 minutes are shown. Table 2 shows that a magnesium-containing lithium phosphate solution having a pH of 4.33 was prepared by adding 10 g of lithium phosphate containing magnesium to 0.1 L of a hydrochloric acid aqueous solution at room temperature, and 2.3 g to 2.3 g of calcium hydroxide was added to each solution. After adding 23.8 g, stirring and filtering for 2 hours, the contents of chemical components and pH of the reaction filtrate obtained are shown. 図2は、マグネシウムが含有されたリン酸リチウム10gを常温の塩酸水溶液0.1Lに投入することによってpH4.33のマグネシウム含有リン酸リチウム溶解液を製造し、水酸化カルシウムをそれぞれ2.3g乃至23.8g投入した後、2時間にわたって撹拌、ろ過、洗浄及び乾燥して得られた析出物のX線回折パターンを示す。FIG. 2 shows that 10 g of magnesium-containing lithium phosphate is added to 0.1 L of hydrochloric acid aqueous solution at room temperature to prepare a pH 4.33 magnesium-containing lithium phosphate solution, and 2.3 g to 2.3 g of calcium hydroxide is added to each solution. The X-ray diffraction pattern of the precipitate obtained after charging 23.8 g, stirring, filtering, washing and drying for 2 hours is shown. 図3は、マグネシウム及びリンが除去された常温のリン酸リチウム溶解液0.1LにNaCOを6.478g投入した後、2時間にわたって撹拌、ろ過、洗浄及び乾燥して得られた析出物のX線回折パターンを示す。FIG. 3 shows the precipitation obtained by adding 6.478 g of Na 2 CO 3 to 0.1 L of lithium phosphate solution at room temperature from which magnesium and phosphorus have been removed, stirring, filtering, washing and drying for 2 hours. 1 shows the X-ray diffraction pattern of the product.

以下、添付の本発明の多くの実施例に対して、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は、様々な異なる形態で具現可能であり、ここで説明する各実施例に限定されない。 Many embodiments of the present invention will now be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. This invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein.

本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は省略し、明細書全体にわたって同一又は類似する構成要素に対しては同一の参照符号を付する。 In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are used throughout the specification for the same or similar components.

また、明細書全体において、一つの部分が一つの構成要素を「含む」としたとき、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。 Also, throughout the specification, when a part "includes" a component, this does not exclude other components, unless specifically stated to the contrary. It is meant to include further.

本発明の一具現例では、不純物を含むリン酸リチウムを準備する段階と;前記リン酸リチウム及び不純物を酸(acid)に溶解させる段階と;前記リン酸リチウム及び不純物が酸に溶解された溶解液に添加剤を投入し、リチウム含有溶液を収得する段階と;を含み、前記添加剤は、リン酸陰イオン及び不純物を同時に析出させる物質であり、前記添加剤によって収得されたリチウム含有溶液は塩基性であるリチウム抽出方法を提供する。 In one embodiment of the present invention, preparing lithium phosphate containing impurities; dissolving the lithium phosphate and impurities in acid; dissolving the lithium phosphate and impurities in acid; adding an additive to the liquid to obtain a lithium-containing solution, wherein the additive is a substance that precipitates phosphate anions and impurities at the same time, and the lithium-containing solution obtained by the additive is A lithium extraction method is provided that is basic.

本発明の一具現例は、前記酸性溶液の一例である塩酸水溶液を用いて不純物(例えば、アルカリ土類金属)が含まれたリン酸リチウムを常温で溶解することによって高濃度のリン酸リチウム溶解液を獲得し;前記添加剤の一例である水酸化カルシウムを常温で投入することによって不純物及びリンを除去する方法を例に挙げて具体的に説明する。 An embodiment of the present invention dissolves lithium phosphate containing impurities (e.g., alkaline earth metals) at room temperature using a hydrochloric acid solution, which is an example of the acid solution, thereby dissolving high-concentration lithium phosphate. A method for removing impurities and phosphorus by obtaining a liquid and adding calcium hydroxide, which is an example of the additive, at room temperature will be described in detail.

これ以降の段階において、収得されたリチウム含有溶液に炭酸塩の一例である炭酸ナトリウムを常温で投入することによって炭酸リチウムを獲得し;これを水道水で洗浄し、高温(例えば、105℃)で乾燥することによって炭酸リチウムを経済的に製造する方法を説明する。 In a subsequent step, lithium carbonate is obtained by adding an example of a carbonate, sodium carbonate, to the obtained lithium-containing solution at room temperature; A method for economically producing lithium carbonate by drying is described.

前記本発明の一具現例に係る塩酸水溶液による不純物(アルカリ土類金属の一種であるマグネシウム)含有リン酸リチウムの溶解は、下記の反応式1によって進められ得る。 The dissolution of lithium phosphate containing impurities (magnesium, which is a type of alkaline earth metal) with the hydrochloric acid aqueous solution according to one embodiment of the present invention may be performed according to Reaction Formula 1 below.

[反応式1]
(Mg,Li)PO+2HCl+3HO→Li+Mg2++HPO +2Cl+3H
[Reaction Formula 1]
(Mg, Li)PO 4 +2HCl+3H 2 O→Li + +Mg 2+ +H 2 PO 4 +2Cl +3H 2 O

すなわち、前記マグネシウム含有リン酸リチウムは、常温で塩酸に溶解され、Li、Mg2+、HPO 、Clが含有されたリン酸リチウム溶解液に変換される。 That is, the magnesium-containing lithium phosphate is dissolved in hydrochloric acid at room temperature to be converted into a lithium phosphate solution containing Li + , Mg 2+ , H 2 PO 4 , and Cl .

前記リン酸リチウムを溶解させるための酸の具体的な例は、塩酸、次亜塩素酸、硝酸、酢酸又はこれらの組み合わせであってもよい。硫酸は、カルシウムなどのアルカリ土類金属と反応して沈澱を生成させ、酸性スラッジを発生させることができ、リン酸に含有されたリンは、最終的に除去されなければならない物質であるので、除去費用を減少させるために使用しないことが好ましい。ただ、多様な不純物の組み合わせによって硫酸の一部が選択的に使用されてもよい。 Specific examples of the acid for dissolving the lithium phosphate may be hydrochloric acid, hypochlorous acid, nitric acid, acetic acid, or combinations thereof. Sulfuric acid can react with alkaline earth metals such as calcium to form precipitates and generate acid sludge. It is preferably not used to reduce cleanup costs. However, a portion of sulfuric acid may be selectively used depending on the combination of various impurities.

前記炭酸リチウムの溶解度は、13g/Lであり、リチウム濃度に換算すると2.5g/Lである。よって、リン酸リチウム溶解液から炭酸リチウムを析出させて製造するとき、75%以上の高いリチウム回収率を得るために、リン酸リチウム溶解液のリチウム濃度は10g/L以上でなければならない。 The solubility of the lithium carbonate is 13 g/L, which is 2.5 g/L in terms of lithium concentration. Therefore, the lithium concentration of the lithium phosphate solution must be 10 g/L or more in order to obtain a high lithium recovery rate of 75% or more when lithium carbonate is deposited from the lithium phosphate solution.

したがって、本発明では、リン酸リチウム溶解液のリチウム濃度を10g/L以上に限定する。一方、リン酸リチウム溶解液のリチウム濃度が30g/Lであると、リチウム回収率が91.7%であるのでさらに好ましい。 Therefore, in the present invention, the lithium concentration of the lithium phosphate solution is limited to 10 g/L or more. On the other hand, when the lithium concentration of the lithium phosphate solution is 30 g/L, the lithium recovery rate is 91.7%, which is more preferable.

下記の実施例に示したように、リチウム濃度10g/L以上のリン酸リチウム溶解液を得るために、リン酸リチウムと酸水溶液を混合して得られた反応溶液のpHが4.5以下でなければならない。これに対しては、後述する実施例でより詳細に説明する。 As shown in the examples below, in order to obtain a lithium phosphate solution with a lithium concentration of 10 g/L or more, the pH of the reaction solution obtained by mixing lithium phosphate and an acid aqueous solution is 4.5 or less. There must be. This will be described in more detail in the embodiments below.

本発明の一具現例に係るアルカリ土類金属及びリンの除去は、下記の反応式2又は反応式3によって進められ得る。 The removal of alkaline earth metals and phosphorus according to an embodiment of the present invention may proceed according to Reaction Formula 2 or Reaction Formula 3 below.

[反応式2]
Li+Mg2++HPO +2Cl+3HO+Ca(OH)→Li+H+2Cl+Mg(OH) CaHPO・2HO+H
[Reaction Formula 2]
Li + +Mg 2+ +H 2 PO 4 +2Cl +3H 2 O +Ca(OH) 2 →Li + +H + +2Cl +Mg(OH) 2 + CaHPO 4.2H 2 O+H 2 O

[反応式3]
3Li+3Mg2++3HPO +6Cl+9HO+5Ca(OH)→3Li+Cl+2OH+3Mg(OH)+Ca(PO・OH+10HO+5HCl(g)
[Reaction Formula 3]
3Li + +3Mg 2+ +3H 2 PO 4 +6Cl +9H 2 O+5Ca(OH) 2 →3Li + +Cl +2OH +3Mg(OH) 2 +Ca 5 (PO 4 ) 3.OH +10H 2 O+5HCl(g)

前記アルカリ土類金属及びリンを除去するための添加剤は、常温でリンと反応して難溶性化合物を生成させると同時に、アルカリ土類金属と難溶性化合物を生成する水酸化イオン(OH)を発生させる物質であってもよい。これにより、リンと不純物であるアルカリ土類金属を同時に析出させることができる。 The additive for removing the alkaline earth metal and phosphorus is a hydroxide ion (OH ) that reacts with phosphorus at room temperature to produce a sparingly soluble compound and simultaneously produces a sparingly soluble compound with the alkaline earth metal. It may be a substance that generates As a result, phosphorus and the alkaline earth metal impurities can be deposited at the same time.

より具体的に、前記添加剤は、アルカリ土類金属酸化物又は水酸化物であってもよい。 More specifically, the additive may be an alkaline earth metal oxide or hydroxide.

具体的な例として、前記添加剤の陽イオンは、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ラジウム又はこれらの組み合わせであってもよく、添加剤は、これらの酸化物や水酸化物であってもよい。 As a specific example, the additive cation may be beryllium, magnesium, calcium, barium, radium, or a combination thereof, and the additive may be an oxide or hydroxide thereof. .

例えば、前記添加剤は、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、又はこれらの組み合わせであってもよく、他の例として、酸化カルシウムや酸化マグネシウムであることも可能である。 For example, the additive may be calcium hydroxide, magnesium hydroxide, or a combination thereof, or alternatively calcium oxide or magnesium oxide.

例えば、炭酸カルシウム(CaCO)や炭酸マグネシウム(MgCO)を加熱し、酸化カルシウムや酸化マグネシウムを得ることができる。これから得られた酸化カルシウムや酸化マグネシウムに水を添加する場合、水酸化カルシウム及び水酸化マグネシウムを得ることができる。 For example, calcium carbonate (CaCO 3 ) or magnesium carbonate (MgCO 3 ) can be heated to obtain calcium oxide or magnesium oxide. When water is added to the calcium oxide or magnesium oxide obtained from this, calcium hydroxide and magnesium hydroxide can be obtained.

前記不純物(例えば、アルカリ土類金属)が含まれたリン酸リチウム溶解液から不純物(例えば、アルカリ土類金属)及びリンを除去するために、添加剤の一例である水酸化カルシウムが常温で投入されてもよい。 In order to remove impurities (eg, alkaline earth metal) and phosphorus from the lithium phosphate solution containing the impurity (eg, alkaline earth metal), calcium hydroxide, which is an example of an additive, is added at room temperature. may be

前記具体的な例において、マグネシウムは、難溶性水酸化マグネシウムの形態で析出されてもよく、リンは、難溶性ヒドロキシルアパタイト(Hydroxylapatite、Ca(PO・OH)又はブルシャイト(Brushite、CaHPO・2HO)の形態で析出されてもよい。これらは、ろ過されてリン酸リチウム溶解液から除去されてもよい。 In said specific example, magnesium may be precipitated in the form of sparingly soluble magnesium hydroxide, and phosphorus may be precipitated from sparingly soluble hydroxylapatite ( Ca5 ( PO4 ) 3 -OH) or brushite (CaHPO). 4.2H 2 O). These may be filtered off from the lithium phosphate solution.

前記添加剤の投入量は、前記リン酸リチウム溶解液に存在するリンを完全に除去するために、リン含量に対して1当量以上であってもよい。前記範囲を満足する場合、リンを完全に除去できるだけでなく、反応速度の側面でも有利になり得る。 The amount of the additive added may be 1 equivalent or more with respect to the phosphorus content in order to completely remove the phosphorus present in the lithium phosphate solution. When the above range is satisfied, not only phosphorus can be completely removed, but also the reaction rate can be improved.

前記添加剤の投入量は、前記リン酸リチウム溶解液に存在するアルカリ土類金属及びリンが析出され、完全に除去され得るようにリン酸リチウム溶解液のpHを9以上又は好ましくは11以上に維持できる投入量であってもよい。 The amount of the additive added is such that the pH of the lithium phosphate solution is adjusted to 9 or more, or preferably 11 or more so that the alkaline earth metal and phosphorus present in the lithium phosphate solution can be precipitated and completely removed. It may be an input amount that can be maintained.

本発明の一具現例に係る炭酸リチウムの製造は、下記の反応式4によって進められ得る。 The preparation of lithium carbonate according to an embodiment of the present invention may proceed according to Reaction Scheme 4 below.

本発明の一具現例に係る前記アルカリ土類金属及びリンが除去された常温のリチウム含有溶液から炭酸リチウムを析出させるために、炭酸供給物質の一例である炭酸ナトリウムが投入されてもよい。 In order to precipitate lithium carbonate from the room temperature lithium-containing solution from which the alkaline earth metal and phosphorus have been removed according to an embodiment of the present invention, sodium carbonate, which is an example of a carbonic acid supply material, may be added.

[反応式4]
6Li+2Cl+4OH+20HO+3NaCO→3LiCO+6Na+2Cl+4OH+20H
[Reaction Formula 4]
6Li + +2Cl +4OH +20H 2 O+3Na 2 CO 3 →3Li 2 CO 3 +6Na + +2Cl +4OH +20H 2 O

すなわち、前記炭酸ナトリウムは、常温でリチウムと反応して炭酸リチウムを生成及び析出させる。また、アルカリ土類金属及びリンが除去されたリチウム含有溶液を1当量以上投入すると、75%以上の高い回収率で炭酸リチウムを得ることができる。 That is, the sodium carbonate reacts with lithium at room temperature to generate and deposit lithium carbonate. In addition, when one equivalent or more of the lithium-containing solution from which alkaline earth metals and phosphorus have been removed is added, lithium carbonate can be obtained with a high recovery rate of 75% or more.

前記炭酸塩の具体的な例は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウムなどである。 Specific examples of the carbonate are sodium carbonate, potassium carbonate, ammonium carbonate and the like.

より具体的に、前記炭酸塩は、重炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム又はこれらの組み合わせであってもよい。 More specifically, the carbonate may be sodium bicarbonate, sodium carbonate, potassium bicarbonate, sodium bicarbonate, ammonium carbonate, or combinations thereof.

前記炭酸リチウムの投入量は、前記リチウム含有溶液のリチウム含量に対して1当量以上であってもよい。前記範囲を満足する場合、反応速度の側面で有利になり得る。 The amount of the lithium carbonate added may be 1 equivalent or more with respect to the lithium content of the lithium-containing solution. If the above range is satisfied, it may be advantageous in terms of reaction rate.

本明細書において、常温は、一定の温度を意味するのではなく、外部的なエネルギーの付加がない状態の温度を意味する。よって、常温は、場所及び時間によって変化し得る。 In the present specification, room temperature does not mean a constant temperature, but means a temperature without the addition of external energy. Therefore, the normal temperature may change depending on the place and time.

以下、具体的な実施例を挙げて本発明を説明する。ただし、本発明の特許請求の範囲が下記の実施例に限定されるのではない。 The present invention will now be described with reference to specific examples. However, the claims of the present invention are not limited to the following examples.

[実施例1]
リチウム濃度が10g/Lである高濃度のリチウム溶液を製造するために、マグネシウム含有リン酸リチウム10gと、酸性度が異なる塩酸水溶液0.1Lとをそれぞれ常温で混合した後で60分間撹拌した。
[Example 1]
In order to prepare a high-concentration lithium solution with a lithium concentration of 10 g/L, 10 g of magnesium-containing lithium phosphate and 0.1 L of hydrochloric acid aqueous solution with different acidity were mixed at room temperature and then stirred for 60 minutes.

撹拌が完了した後、各反応溶液をろ過し、pH及びリチウム濃度を測定した結果を図1及び表1に示した。 After the stirring was completed, each reaction solution was filtered, and the pH and lithium concentration were measured, and the results are shown in FIG. 1 and Table 1.

図1に示したように、反応溶液のpHが減少することによってリン酸リチウムが溶解され、リチウム濃度が徐々に増加した。反応ろ液pHが4.5以下に到逹すると、リチウム濃度が約10g/Lを示し、反応ろ液のpHを4.5以下に減少させた場合にも、これ以上リチウム濃度が増加しないことが分かった。 As shown in FIG. 1, as the pH of the reaction solution decreased, lithium phosphate was dissolved and the lithium concentration gradually increased. When the pH of the reaction filtrate reaches 4.5 or less, the lithium concentration is about 10 g/L, and even when the pH of the reaction filtrate is reduced to 4.5 or less, the lithium concentration does not increase any more. I found out.

これにより、反応ろ液pH4.5以下では、投入された全てのリン酸リチウムが溶解されることが分かる。一方、反応ろ液のpHが-1.0以下と過度に低いときにも、リン酸リチウムを全て溶解させることはできるが、塩酸の使用量が過度に増加するという問題がある。 From this, it can be seen that all of the charged lithium phosphate is dissolved when the pH of the reaction filtrate is 4.5 or less. On the other hand, when the pH of the reaction filtrate is too low as -1.0 or less, lithium phosphate can be completely dissolved, but there is a problem that the amount of hydrochloric acid used is excessively increased.

Figure 2023512495000002
Figure 2023512495000002

[実施例2]
マグネシウムが含有されたリン酸リチウム10gを常温の塩酸水溶液0.1Lに投入し、1時間にわたって撹拌することによってpH4.33のマグネシウム含有リン酸リチウム溶解液を製造した。
[Example 2]
10 g of magnesium-containing lithium phosphate was added to 0.1 L of a hydrochloric acid aqueous solution at room temperature and stirred for 1 hour to prepare a magnesium-containing lithium phosphate solution having a pH of 4.33.

前記リン酸リチウム溶解液に水酸化カルシウムをそれぞれ2.3g乃至23.8g投入し、2時間にわたって撹拌した後で析出物をろ過した。 2.3 g to 23.8 g of calcium hydroxide was added to each of the lithium phosphate solutions, stirred for 2 hours, and precipitates were filtered.

下記の表2に示したように、反応ろ液のpHが11以上である場合、リンとマグネシウムが完全に除去されることが分かる。水酸化カルシウムを多量投入し、反応溶液のpHを14以上に増加させた場合にも、リンとマグネシウムを完全に除去できるが、原料・副原料の費用が増加し、未反応析出物の間に層間水が存在することからリチウム回収率を減少させるので、好ましくは、アルカリ土類金属酸化物又は水酸化物を投入したリン酸リチウム溶解液のpHを11乃至14以下に制御することができる。 As shown in Table 2 below, when the pH of the reaction filtrate is 11 or more, phosphorus and magnesium are completely removed. Phosphorus and magnesium can be completely removed even when a large amount of calcium hydroxide is added to increase the pH of the reaction solution to 14 or more, but the cost of raw materials and auxiliary raw materials increases, and unreacted precipitates Since the presence of inter-layer water reduces the lithium recovery rate, it is preferable to control the pH of the lithium phosphate solution containing the alkaline earth metal oxide or hydroxide to 11 to 14 or less.

一方、反応溶液からろ過された析出物は、水道水で洗浄された後、105℃で24時間乾燥した。反応溶液pH11.35を示した析出物の鉱物相を、X線回折分析機を用いて分析した結果を図2に示した。 On the other hand, the precipitate filtered from the reaction solution was washed with tap water and then dried at 105° C. for 24 hours. FIG. 2 shows the results of analyzing the mineral phase of the precipitate, which showed a reaction solution pH of 11.35, using an X-ray diffraction analyzer.

図2に示したように、マグネシウムは、難溶性水酸化マグネシウムの形態で析出され、リンは、ほとんどが難溶性ヒドロキシルアパタイトの形態で、一部がリン酸リチウムの形態で析出され、マグネシウム含有リン酸リチウム溶解液から完全に除去された。 As shown in FIG. 2, magnesium is precipitated in the form of sparingly soluble magnesium hydroxide, phosphorus is mostly precipitated in the form of sparingly soluble hydroxylapatite, and partly in the form of lithium phosphate. completely removed from the lithium acid solution.

Figure 2023512495000003
Figure 2023512495000003

[実施例3]
マグネシウム及びリンが除去された常温のリチウム含有溶液1LにNaCOを64.78g投入した後、2時間にわたって撹拌して反応させ、析出物をろ過した。
[Example 3]
64.78 g of Na 2 CO 3 was added to 1 L of the room temperature lithium-containing solution from which magnesium and phosphorus had been removed, and the mixture was stirred for 2 hours to react, and the precipitate was filtered.

反応溶液からろ過された析出物は、水道水で洗浄された後、105℃で24時間乾燥し、X線回折分析機を用いて鉱物相の分析が進められた。分析結果は、図3に示した。図3に示したように、析出物は、炭酸リチウム単一相として観察されることから、炭酸リチウムがうまく合成されたことが分かる。 The precipitate filtered from the reaction solution was washed with tap water, dried at 105° C. for 24 hours, and analyzed for mineral phases using an X-ray diffraction analyzer. The analytical results are shown in FIG. As shown in FIG. 3, the precipitate was observed as a lithium carbonate single phase, indicating that lithium carbonate was successfully synthesized.

本発明は、前記各実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で製造可能であり、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想や必須な特徴を変更せずとも、他の具体的な形態で実施され得ることを理解できるだろう。そのため、以上で記述した各実施例は、全ての面で例示的なものであり、限定的なものではないことを理解しなければならない。

The present invention is not limited to the above embodiments, and can be manufactured in various forms different from each other. It will be understood that it may be embodied in other specific forms without changing the specific features. Therefore, it should be understood that each embodiment described above is illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (12)

不純物を含むリン酸リチウムを準備する段階と;
前記リン酸リチウム及び不純物を酸(acid)に溶解させる段階と;
前記リン酸リチウム及び不純物が酸に溶解された溶解液に添加剤を投入し、リチウム含有溶液を収得する段階と;を含み、
前記添加剤は、リン酸陰イオン及び不純物を同時に析出させる物質であり、前記添加剤によって収得されたリチウム含有溶液は塩基性であるリチウム抽出方法。
providing lithium phosphate containing impurities;
dissolving the lithium phosphate and impurities in acid;
adding an additive to the solution in which the lithium phosphate and impurities are dissolved in acid to obtain a lithium-containing solution;
The method for extracting lithium, wherein the additive is a substance that precipitates phosphate anions and impurities at the same time, and the lithium-containing solution obtained by the additive is basic.
前記不純物はアルカリ土類金属を含む、請求項1に記載のリチウム抽出方法。 2. The method of extracting lithium according to claim 1, wherein said impurities comprise alkaline earth metals. 前記アルカリ土類金属は、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、ラジウム(Ra)又はこれらの組み合わせである、請求項2に記載のリチウム抽出方法。 3. The lithium of claim 2, wherein the alkaline earth metal is beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), radium (Ra), or combinations thereof. Extraction method. 前記リン酸リチウム及び不純物が酸に溶解された溶解液内のリチウム濃度は、10g/L乃至35g/Lである、請求項1に記載のリチウム抽出方法。 2. The method for extracting lithium according to claim 1, wherein the solution of lithium phosphate and impurities in acid has a lithium concentration of 10 g/L to 35 g/L. 前記リン酸リチウム及び不純物を酸(acid)に溶解させる段階において、
酸は、塩酸、次亜塩素酸、硝酸、酢酸又はこれらの組み合わせである、請求項1に記載のリチウム抽出方法。
In dissolving the lithium phosphate and impurities in acid,
2. The method of extracting lithium according to claim 1, wherein the acid is hydrochloric acid, hypochlorous acid, nitric acid, acetic acid or a combination thereof.
前記リン酸リチウム及び不純物が酸に溶解された溶解液のpHは-0.1乃至4.5である、請求項1に記載のリチウム抽出方法。 2. The method for extracting lithium according to claim 1, wherein the pH of the solution obtained by dissolving the lithium phosphate and impurities in acid is -0.1 to 4.5. 前記添加剤は、酸化物(oxide)又は水酸化物(hydoxide)である、請求項1に記載のリチウム抽出方法。 2. The lithium extraction method according to claim 1, wherein the additive is an oxide or a hydroxide. 前記添加剤は、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム又はこれらの組み合わせの陽イオンの酸化物又は水酸化物である、請求項7に記載のリチウム抽出方法。 8. The lithium extraction method of claim 7, wherein the additive is a cation oxide or hydroxide of beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, radium or combinations thereof. 前記リン酸リチウム及び不純物が酸に溶解された溶解液に添加剤を投入し、リチウム含有溶液を収得する段階において、
収得されたリチウム含有溶液のpHは9以上である、請求項1に記載のリチウム抽出方法。
In the step of adding an additive to the solution in which the lithium phosphate and impurities are dissolved in an acid to obtain a lithium-containing solution,
The method for extracting lithium according to claim 1, wherein the obtained lithium-containing solution has a pH of 9 or higher.
前記リン酸リチウム及び不純物が酸に溶解された溶解液に添加剤を投入し、リチウム含有溶液を収得する段階において、
収得されたリチウム含有溶液のpHは11以上である、請求項1に記載のリチウム抽出方法。
In the step of adding an additive to the solution in which the lithium phosphate and impurities are dissolved in an acid to obtain a lithium-containing solution,
2. The method for extracting lithium according to claim 1, wherein the obtained lithium-containing solution has a pH of 11 or higher.
前記収得されたリチウム含有溶液に炭酸供給物質を投入し、炭酸リチウムを収得する、請求項1に記載のリチウム抽出方法。 2. The method for extracting lithium according to claim 1, wherein a carbonic acid-providing substance is added to the obtained lithium-containing solution to obtain lithium carbonate. 前記炭酸供給物質は、炭酸ナトリウム(NaCO)、炭酸カリウム(KCO)、炭酸アンモニウム((NHCO)、重炭酸ナトリウム(NaHCO)、重炭酸カリウム(KHCO)又はこれらの組み合わせである、請求項11に記載のリチウム抽出方法。 The carbonation-providing substances include sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), ammonium carbonate ((NH 4 ) 2 CO 3 ), sodium bicarbonate (NaHCO 3 ), potassium bicarbonate (KHCO 3 ) or a combination thereof.
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